ADT7301：高精度数字温度传感器，13位分辨率，±0.5°C精度

中国IC网 20260417

  • 温度传感器
  • 医疗设备温度监测

ADT7301：高精度数字温度传感器，13位分辨率，±0.5°C精度

主要特性

  • 集成13位模数转换器，具备0.03125°C的温度分辨率。
  • 工作温度范围覆盖-40°C至+150°C，适用于严苛环境。
  • 典型精度达±0.5°C，满足精密温度监测需求。
  • 支持关闭模式，关闭电流仅1 µA，适合低功耗设计。
  • 在3.3V供电条件下，单次转换功耗为0.631mW。
  • 具备SPI兼容接口，支持QSPI、MICROWIRE及DSP协议。
  • 提供节省空间的SOT-23和MSOP封装选项。
  • 与AD7814设备兼容，便于系统升级与替换。

典型应用领域

  • 医疗设备：用于体温检测、环境温控等。
  • 汽车工业：
    • 环境温度控制
    • 润滑油温度监控
    • 液压系统温度测量
  • 消费电子：包括智能手机、硬盘驱动器、个人电脑。
  • 工业自动化：适用于电子测试设备、办公设备及家用电器。
  • 过程控制：用于连续温度监测系统。

产品概述

ADT7301是一款集成化的温度监测解决方案，内置带隙温度传感器和13位ADC，支持高精度数字输出。其紧凑的封装设计（SOT-23或MSOP）适合多种嵌入式系统。该设备通过SPI兼容接口实现与微控制器或DSP的无缝连接。

ADT7301的宽电压工作范围（2.7V至5.25V）和低功耗特性，使其广泛适用于医疗、汽车、工业和消费类应用。需要注意的是，在超过+125°C的环境下连续运行可能影响长期可靠性，建议该温度点以上不超过总运行时间的5%。

图1. ADT7301功能框图

产品亮点

  • 内置温度传感器，覆盖-40°C至+150°C的测量范围。
  • 供电电压范围宽，从2.7V至5.25V。
  • 提供节省空间的6引脚SOT-23和8引脚MSOP封装。
  • 具备±0.5°C的典型温度测量精度。
  • 13位数字输出，分辨率可达0.03125°C。
  • 关机模式下，功耗可降至4.88 µW（3.3V，1 SPS）。
  • 兼容AD7814，便于系统集成。

工作原理

ADT7301采用13位逐次逼近式ADC结构，由片上温度传感器、基准电路和串行接口组成。其内部温度传感器用于监测环境温度，工作电压范围为2.7V至5.25V。

在正常模式下，ADT7301会以1.5秒为周期启动一次温度转换。每次转换过程持续约1.2毫秒，随后关闭模拟电路以降低功耗。串行接口始终保持通电状态，以确保读取最新的温度数据。

当设备进入关机模式时，振荡器被关闭，不会继续执行自动转换。此时仍可读取上一次转换结果，但需通过控制寄存器退出关机模式以重新启动。

温度值寄存器结构

温度值寄存器为14位只读寄存器，采用二进制补码格式表示温度读数，包含13位有效数据和1位符号位。该寄存器存储来自ADC的温度数据，用于后续系统处理。

表1. 温度数据格式说明

串行接口操作

ADT7301的串行接口由四根线组成：片选（CS）、时钟（SCLK）、数据输入（DIN）和数据输出（DOUT）。该接口支持三线模式和四线模式。

在读取操作中，设备输出14位温度数据（前两位为前导零）。数据在SCLK下降沿被采样并输出。写入操作则通过控制寄存器实现，可设置关机模式或其他控制功能。

时序图显示了读取和写入过程的操作顺序，确保主设备与ADT7301之间数据传输的同步性。

图2. ADT7301串行接口时序图

应用接口示例

MC68HC11接口

图3展示了ADT7301与MC68HC11微控制器的接口电路。MC68HC11在SPI主模式下运行，通过两条8位数据传输读取16位温度数据。CS信号由PC1端口控制。

图3. ADT7301至MC68HC11接口示意图

8051接口

在8051微控制器系统中，ADT7301以模式0配置运行。由于8051的串行接口输出LSB在前，需在软件中重新排列数据字节，以匹配ADT7301的MSB输出。

图4. ADT7301至8051接口电路

PIC16C6x/7x接口

PIC16C6x/7x的同步串行端口（SSP）被配置为SPI主设备。在时钟极性为逻辑1的模式下，数据通过两次8位读写操作完成传输。

图5. ADT7301至PIC16C6x/7x接口示意图

ADSP-21xx接口

ADT7301与ADSP-21xx DSP处理器的接口需配置SPORT控制寄存器，设置数据格式和时序。该接口要求在SCLK线与ADT7301之间加入反相器。

图6. ADT7301至ADSP-21xx接口电路

安装与环境要求

ADT7301适用于表面或空气温度传感。当粘贴于表面时，由于其低功耗设计，芯片温度与表面温度差通常在0.1°C以内。若环境空气温度与表面存在温差，需对设备背面进行隔热处理。

为确保良好的热传导，建议将ADT7301的接地引脚与被测表面紧密接触。此外，为防止冷凝和腐蚀，设备应保持干燥，并考虑使用防水涂层或密封探头。

建议在VDD和GND之间连接0.1µF的陶瓷去耦电容，尤其是在电源距离较远的布局中。

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